package org.algorithm.kruskal;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class KruskalCase {

    static final int INF = Integer.MAX_VALUE;
    private int edgeNum;
    private char[] vertexs;
    private int[][] edges;


    public static void main(String[] args) {
        char[] vertexs = {'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G'};
        //克鲁斯卡尔算法的邻接矩阵
        int matrix[][] = {
                /*A*//*B*//*C*//*D*//*E*//*F*//*G*/
                /*A*/ {0, 12, INF, INF, INF, 16, 14},
                /*B*/ {12, 0, 10, INF, INF, 7, INF},
                /*C*/ {INF, 10, 0, 3, 5, 6, INF},
                /*D*/ {INF, INF, 3, 0, 4, INF, INF},
                /*E*/ {INF, INF, 5, 4, 0, 2, 8},
                /*F*/ {16, 7, 6, INF, 2, 0, 9},
                /*G*/ {14, INF, INF, INF, 8, 9, 0}};

        KruskalCase kruskal = new KruskalCase(vertexs, matrix);

        kruskal.print();

        kruskal.kruskal();
    }


    public KruskalCase(char[] vertexs, int[][] edges) {
        int vlen = vertexs.length;
        this.vertexs = new char[vlen];
        this.edges = new int[vlen][vlen];

        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            this.vertexs[i] = vertexs[i];

            for (int j = 0; j < vlen; j++) {
                this.edges[i][j] = edges[i][j];
            }
        }


        edgeNum = 0;
        // TODO: 2022/4/8 需要知道一共有多少个边
        for (int i = 0; i < vlen; i++) {
            for (int j = i + 1; j < vlen; j++) {
                if (edges[i][j] != INF) {
                    edgeNum += 1;
                }
            }
        }
    }


    /**
     * 格式化打印领结矩阵
     */
    public void print() {
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = 0; j < vertexs.length; j++) {
                System.out.printf("%-12d", edges[i][j]);
            }
            System.out.println();
        }
    }


    /**
     * 根据顶点值 返回对应下标
     *
     * @param ch
     * @return
     */
    public int getPosition(char ch) {
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            if (vertexs[i] == ch) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 功能: 获取图中边，放到EData[] 数组中，后面我们需要遍历该数组
     * 是通过matrix 邻接矩阵来获取
     * EData[] 形式 [['A','B', 12], ['B','F',7], .....]
     *
     * @return
     */
    public EData[] getEdges() {
        int index = 0;
        EData[] eDatas = new EData[edgeNum];
        for (int i = 0; i < vertexs.length; i++) {
            for (int j = i + 1; j < vertexs.length; j++) {
                if (edges[i][j] != INF) {
                    eDatas[index++] = new EData(vertexs[i], vertexs[j], edges[i][j]);
                }
            }
        }
        return eDatas;
    }


    /**
     * 获取当前传入顶点的终点，用于判断边是否会形成回路
     * @param ends 记录对应顶点的终点，逐步形成
     * @param i 传入顶点的下标
     * @return 返回传入顶点的终点下表
     */

    public int getEnd(int[] ends, int i) {
        while (ends[i] != 0) {
            i = ends[i];
        }
        return i;
    }

    /**
     * 对边进行冒泡排序
     *
     * @param edges 边的数组
     */
    public void sortEdges(EData[] edges) {
        for (int i = 0; i < edges.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < edges.length - 1 - i; j++) {
                if (edges[j].weight > edges[j + 1].weight) {
                    EData stemp = edges[j + 1];
                    edges[j + 1] = edges[j];
                    edges[j] = stemp;
                }
            }
        }
    }

    public void kruskal() {
        int index = 0; //表示最小结果数组的索引
        int[] ends = new int[edgeNum]; //用于保存"已有最小生成树" 中的每个顶点在最小生成树中的终点
        //创建结果数组, 保存最后的最小生成树
        EData[] rets = new EData[edgeNum];

        //获取图中 所有的边的集合 ， 一共有12边
        EData[] edges = getEdges();
        System.out.println("图的边的集合=" + Arrays.toString(edges) + " 共"+ edges.length); //12

        //按照边的权值大小进行排序(从小到大)
        sortEdges(edges);

        //遍历edges 数组，将边添加到最小生成树中时，判断是准备加入的边否形成了回路，如果没有，就加入 rets, 否则不能加入
        for(int i=0; i < edgeNum; i++) {
            //获取到第i条边的第一个顶点(起点)
            int p1 = getPosition(edges[i].start); //p1=4
            //获取到第i条边的第2个顶点
            int p2 = getPosition(edges[i].end); //p2 = 5

            //获取p1这个顶点在已有最小生成树中的终点
            int m = getEnd(ends, p1); //m = 4
            //获取p2这个顶点在已有最小生成树中的终点
            int n = getEnd(ends, p2); // n = 5
            //是否构成回路
            if(m != n) { //没有构成回路
                ends[m] = n; // 设置m 在"已有最小生成树"中的终点 <E,F> [0,0,0,0,5,0,0,0,0,0,0,0]
                rets[index++] = edges[i]; //有一条边加入到rets数组
            }
        }
        //<E,F> <C,D> <D,E> <B,F> <E,G> <A,B>。
        //统计并打印 "最小生成树", 输出  rets
        System.out.println("最小生成树为");
        for(int i = 0; i < index; i++) {
            System.out.println(rets[i]);
        }


    }



}

class EData {
    char start;
    char end;
    int weight;

    public EData(char start, char end, int weight) {
        this.start = start;
        this.end = end;
        this.weight = weight;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "EData [<" + start + ", " + end + ">= " + weight + "]";
    }
}